Réseaux trophiques pélagiques

Comme dans tous les écosystèmes terrestres et aquatiques, les végétaux chlorophylliens représentent le premier maillon de la chaîne trophique assurant la fixation du carbone. En se référant à la structure de taille des organismes phytoplanctoniques, notamment la partition entre les petites ( < 5 um) et les grandes (>5 um) cellules, quatre types d’écosystèmes pélagiques marins ont été décrits. Il est admis que lorsque les concentrations d’azote sont faibles, les petites cellules sont plus efficaces dans l’absorption de l’ammonium comparé aux grosses cellules. Seulement deux des quatre types d’écosystèmes pélagiques marins seront décrits dans le présent mémoire puisqu’ils représentent les situations extrêmes contrairement aux deux autres types intermédiaires.

La chaîne trophique classique dominée par le réseau herbivore représente le système le plus simple . Il repose essentiellement sur l’assimilation des éléments nutritifs, principalement le nitrate, par de grandes cellules phytoplanctoniques lesquelles seront broutées par le zooplancton herbivore (e.g., les copépodes) qui sera à son tour consommé par les carnivores de premier ordre (Steele 1974). La forte concentration en nitrates dans le milieu va donc favoriser le développement des grosses cellules phytoplanctoniques au détriment des plus petites. Ce système est particulièrement efficace dans l’exportation du carbone en profondeur. Cette chaîne alimentaire simple est toutefois insuffisante pour comprendre l’ensemble des processus existant au sein du système planctonique.

Pomeroy (1974) et Azam et al. (1983) ont démontré que les cellules picophytoplanctoniques autotrophes et hétérotrophes constituent une importante source d’énergie au sein de ce que nous appelons maintenant la boucle microbienne. Dans ce système, les apports en éléments azotés sont quasi nuls alors que la matière organique dissoute excrétée par le phytoplancton et générée par l’activité du zooplancton (e.g., bris de cellules, excrétion, pelotes fécales) est consommée efficacement par les bactéries hétérotrophes. Ces mêmes bactéries entrent alors en compétition directe avec le phytoplancton de petite taille pour l’ammonium. Le système repose sur l’excrétion d’ammonium et représente ainsi un circuit en boucle fermé. Ce type d’écosystème se caractérise par une relative inefficacité de l’exportation du carbone. La faible sédimentation et le recyclage rapide de la matière sédimentaire font en sorte que le transfert d’énergie vers le réseau trophique supérieur est faible.

L’instauration d’un réseau trophique pélagique dépend des conditions du milieu auxquelles est soumis le phytoplancton. Les algues phytoplanctoniques ont développé des adaptations morphologiques leur permettant de se maintenir dans la couche de surface où la photosynthèse est possible, résultant d’une adaptation acquise au fil du temps. Par contre, les organismes phytoplanctoniques subissent les variations de leur environnement et doivent donc s’y adapter de manière à pouvoir se développer. La lumière incidente et la turbulence constituent les principaux facteurs de contrôle de la production primaire dans les écosystèmes marins. De fait, Legendre et Rassoulzadegan (1995) ont démontré que les caractéristiques hydrodynamiques de la colonne d’eau influençaient les apports en éléments nutritifs et la lumière incidente disponible, le type de production phytoplanctonique qu’elle soit nouvelle ou régénérée ainsi que le type de micro-organismes présents. Dans un milieu bien mélangé, la lumière incidente devient la variable environnementale limitante et la production nouvelle est alors dominée par le nanophytoplancton et le microphytoplancton de telle sorte que s’installe un réseau trophique herbivore. Ce type de réseau trophique est principalement retrouvé dans les écosystèmes côtiers et eutrophes. En contrepartie dans un milieu stratifié, ce sont les éléments nutritifs qui deviennent limitants et la production régénérée est alors dominée par le picophytoplancton (cellules flagellées autotrophes, bactéries hétérotrophes et cyanobactéries) de telle sorte qu’un réseau trophique microbien prend place. Ce type de réseau est surtout observé dans les écosystèmes océaniques et oligotrophes, pauvres en éléments nutritifs.

Répartition du microphytoplancton et du nanophytoplancton

Le microphytoplancton (20- 200 um) et le nanophytoplancton (2-20 um) se composent de diatomées, de dinoflagellés et de flagellés. Les diatomées (Bacillariophyta) ont longtemps été reconnues comme étant le principal groupe du phytoplancton marin. On estime annuellement la production primaire marine à 60 Gt de carbone, dont une contribution de quelque 25 Gt de carbone qui serait imputable aux diatomées (Nelson et al. 1995). Les diatomées sont divisées en deux groupes: les Centrales qui présentent une symétrie radiale et une forme généralement circulaire et les Pennales qui ont une symétrie bilatérale et une forme allongée linéaire-lancéolée. Il est à noter que l’usage de ces termes n’est aucunement valide sur le plan nomenclatural. Les diatomées centrales sont prépondérantes dans les écosystèmes marins côtiers et océaniques avec, par exemple, une abondance marquée du genre Skeletonema Greville lors des floraisons de fin d’hiver ou encore des genres Chaetoceros Ehrenberg et Thalassiosira Cleve rencontrés pendant les floraisons printanières. Quant aux dinoflagellés, ce sont des organismes autotrophes et hétérotrophes unicellulaires qui se retrouvent aussi bien parmi le microphytoplancton que le nanophytoplancton. Les dinoflagellés tirent avantage de leur capacité à se mouvoir puisqu’ils peuvent se déplacer dans la colonne d’eau lorsque, par exemple, la turbulence des eaux est faible.

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Table des matières

1. INTRODUCTION GÉNÉRALE 
Réseaux trophiques pélagiques
Répartition du microphytoplancton et du nanophytoplancton
Répartition du picophytoplancton
Région sous étude
Objectifs de la recherche
II. PHYTOPLANKTON DISTRIBUTION ALONG A 3500 KM TRANSECT IN
CANADIAN ARCTIC WATERS IN LATE SUMMER: STRONG DOMINANCE
OF PICOEUKARYOTES 
ABSTRACT
INTRODUCTION
MATERIALS AND METHODS
Study site and sampling
Physical and chemical measurements
B iological measurements
Statistical and data analysis
RESULTS
Physical and chemical environment
Phytoplankton biomass and abundance
Taxonomic composition and accessory pigments
Dominance of small phytoplankton cells
DISCUSSION
Dominance of photosynthetic picoeukaryotes throughout the Arctic Ocean
Distribution of picophytoplankton vs larger phytoplankton
Ecological implications in a changing climate
CONCLUSION
III. CONCLUSION GÉNÉRALE

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